專利名稱：大面積緊密耦合噴淋頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明設(shè)計制備半導(dǎo)體材料的設(shè)備，進一步是指用于制備III-V族化合物半導(dǎo)體材料的金屬有機物化學(xué)氣相淀積設(shè)備反應(yīng)室內(nèi)的送氣裝置。
背景技術(shù)：
以GaN為代表的III-V族寬帶隙化合物半導(dǎo)體材料，內(nèi)外量子效率高，具有高發(fā)光效率、高熱導(dǎo)率、耐高溫、耐酸堿、抗輻射、高強度和高硬度等優(yōu)良特性，是第三代半導(dǎo)體材料的典型代表。目前，金屬有機物化學(xué)氣相淀積(MOCVD)、分子束外延(MBE)及氫化物氣相外延(HVPE)是制備GaN的主流工藝，尤其是金屬有機物化學(xué)氣相淀積制備GaN材料，其設(shè)備投資相對較低，材料的組分和厚度較易監(jiān)控、產(chǎn)量高、易于實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，因此較為普遍選用。采用該方法，通常用NH3作氮源，以三甲基鎵(TMGa)、三乙基鎵(TEGa)做鎵源，在藍寶石襯底上生長出組分精確、膜厚均勻的GaN材料。由反應(yīng)機理決定了采用上述化合物做前體時，工藝溫度都比較高(900～1200℃)，若將這類化合物直接送到反應(yīng)室，其后果是a.送入的氣體很難混合均勻，無法保證生長出的GaN材料組分和厚度均勻性要求；b.由于上述有機物原子團的分解是非選擇性的，很容易造成生成物GaN材料的貧氮和碳污染；c.由于反應(yīng)室溫度高，送入的NH3和鎵源一進反應(yīng)室馬上反應(yīng)，等到達襯底附近時，只剩下很少沒來得及反應(yīng)的殘余部分，不但造成GaN材料生長速率很低，而且材料的組分和厚度難于監(jiān)控，因為預(yù)反應(yīng)中的NH3和鎵源消耗量無法測定。同時，還白白耗費了大量價格昂貴的鎵源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提出一種大面積緊密耦合噴淋頭，為反應(yīng)室內(nèi)的送氣裝置，它可以保證參與反應(yīng)的氣體混合均勻、無預(yù)反應(yīng)，還能消除因有機源過早分解而造成GaN材料的貧氮和碳污染，從而使金屬有機化學(xué)氣相淀積設(shè)備生長的GaN材料組分精確、厚度均勻。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，所述大面積緊密耦合噴淋頭有圓柱形本體，其結(jié)構(gòu)特點是，該圓柱形本體，其結(jié)構(gòu)特點是，該圓柱形本體中沿軸向設(shè)有至少兩列金屬有機源毛細管和至少兩列氨氣(NH3)毛細管，所述金屬有機源毛細管列和氨氣毛細管列相間排列且互不相通，所述各毛細管的一端為位于所述圓柱形本體一端表面的噴出口，金屬有機源毛細管的另一端同設(shè)有進氣口的金屬有機源送氣腔連通，氨氣毛細管的另一端同設(shè)有進氣口的氨送氣腔連通，在毛細管噴出口一側(cè)的圓柱形本體中設(shè)有帶進水口和出水口的冷卻水腔，該冷卻水腔同分布在相鄰毛細管之間的冷卻水通道相連通。
以下做出進一步說明。
參見圖1至圖3，本發(fā)明所述大面積緊密耦合噴淋頭有圓柱形本體12，其結(jié)構(gòu)特點是，該圓柱形本體12中沿軸向設(shè)有至少兩列金屬有機源毛細管1和至少兩列氨氣毛細管2，所述金屬有機源毛細管1和氨氣毛細管2相間排列且互不相通(如圖1和圖2所示)，所述各毛細管1、2的一端為位于所述圓柱形本體12一端表面11(如圖2所示右端表面)的噴出口，金屬有機源毛細管1的另一端同設(shè)有進氣口6的金屬有機源送氣腔5連通，氨氣毛細管2的另一端同設(shè)有進氣口4的氨送氣腔3相連通(參見圖2)，在毛細管噴出口一側(cè)的圓柱形本體12中設(shè)有帶進水口9和出水口10的冷卻水腔(參見圖3)，該冷卻水腔7同分布在相鄰毛細管之間的冷卻水通道8相連通。
本發(fā)明的設(shè)計原理是(參見圖1至3)，將本發(fā)明所述結(jié)構(gòu)的噴淋頭安裝在設(shè)備的反應(yīng)室內(nèi)并使毛細管噴出口貼近藍寶石襯底正上方；由于圓柱形本體12中設(shè)置了氨氣和金屬有機源兩個獨立的送氣腔，氣體分別從只與本腔相通的兩組毛細管群中貼近藍寶石襯底噴出，即大面積緊密耦合；在噴出口部位設(shè)置水冷以降低氣流的出口溫度，最大限度地減少氣流的出口溫度，并最大限度地減少氣體到達襯底表面之前的預(yù)反應(yīng)，極大地縮短金屬有機源早期分解的時間；氨氣與金屬有機源兩組毛細管群相互交錯排列且互不相通，到噴出口處氣體才進行混合，形成優(yōu)良的GaN材料生長氣氛，造就生長組分精確、厚度均勻的GaN材料的必要條件。
由以上可知，本發(fā)明位一種大面積緊密耦合噴淋頭，它使氨氣(NH3)和金屬有機源的預(yù)反應(yīng)、金屬有機源的早期分解大大削弱，生長出的GaN材料的貧氮和碳污染基本消除，氨和金屬有機源在藍寶石襯底的近上方混合充分，造就了生長出組分精確、厚度均勻的GaN材料的優(yōu)良氣氛。


圖1是本發(fā)明一種實施例的正視結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1所示裝置的A-A向轉(zhuǎn)剖視結(jié)構(gòu)圖；圖3是圖1所示裝置的B-B向剖視結(jié)構(gòu)圖。
在附圖中1-金屬有機源毛細管， 2-氨氣毛細管，3-氨送氣腔， 4、6-進氣口，5-金屬有機源送氣腔， 7-冷卻水腔，8-冷卻水通道，9-進水口，10-出水口， 11-一端表面，12-圓柱形本體。
具體實施例方式
按照圖1至圖3和上述結(jié)構(gòu)的大面積緊密耦合噴淋頭，為用于制備III-V族化合物半導(dǎo)體材料的金屬有機物化學(xué)氣相淀積設(shè)備反應(yīng)室內(nèi)的送氣裝置，圓柱形本體12采用316牌號不銹鋼機械加工成型，沿圓柱形本體12軸向設(shè)置如圖1所示相間排列的三列金屬有機源毛細管1和四列氨氣毛細管2，各毛細管1、2的孔徑為φ0.3-0.5mm，孔距2-4mm，噴氣口到藍寶石襯底的距離為6-16mm；各毛細管1、2的一端為位于圓柱形本體12一端表面11的噴出口，金屬有機源毛細管1的另一端同帶進氣口6的金屬有機源送氣腔5連通，氨氣毛細管2的另一端同帶進氣口4的氨氣進氣腔3連通，在噴出口一側(cè)的圓柱形本體12中設(shè)有帶進水口9和出水口10的冷卻水腔7，它與分布在相鄰毛細管之間的冷卻水通道8相連通。
權(quán)利要求
1.一種大面積緊密耦合噴淋頭，有圓柱形本體(12)，其特征是，該圓柱形本體(12)中沿軸向設(shè)有至少兩列金屬有機源毛細管(1)和至少兩列氨氣毛細管(2)，所述金屬有機源毛細管(1)和氨氣毛細管(2)相間排列且互不相通，所述各毛細管(1、2)的一端為位于所述圓柱形本體(12)一端表面(11)的噴出口，金屬有機源毛細管(1)的另一端同設(shè)有進氣口(6)的金屬有機源送氣腔(5)連通，氨氣毛細管(2)的另一端同設(shè)有進氣口(4)的氨送氣腔(3)相連通，在毛細管噴出口一側(cè)的圓柱形本體(12)中設(shè)有帶進水口(9)和出水口(10)的冷卻水腔。
全文摘要
一種用作制備半導(dǎo)體材料的金屬有機化學(xué)氣相淀積設(shè)備反應(yīng)室中送氣裝置的大面積緊密耦合噴淋頭，圓柱形本體中軸向設(shè)有相間排列的氨氣毛細管和金屬有機源毛細管，該兩組毛細管分別同相應(yīng)的送氣腔連通，毛細管有位于本體一端表面的噴出口；靠近噴出口一側(cè)的本體中有冷卻水腔，它同相鄰毛細管之間的冷卻水通道相通。它使氨氣和金屬有機源的預(yù)反應(yīng)、金屬有機源的早期分解大大削弱，生長出的GaN材料的貧氮和碳污染基本消除，氨和金屬有機源在藍寶石襯底的近上方混合充分，造就了生長出組分精確、厚度均勻的GaN材料的優(yōu)良氣氛。
文檔編號B05B1/14GK1891346SQ20051003182
公開日2007年1月10日 申請日期2005年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月6日
發(fā)明者伍波, 袁章其 申請人:中國電子科技集團公司第四十八研究所